شبیه سازی المان محدود انتشار امواج فراصوتی طولی در آمیزه ی لاستیکی با استفاده از مدل آرودا-بویس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی بیرجند، بیرجند، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

چکیده

امروزه به منظور جلوگیری از بسیاری از آزمایش‌های هزینه‌بر، برای دست‌یابی به یک تخمین اولیه از روش‌های شبیه‌سازی استفاده می‌شود. یکی از روش‌های معمول که نرم‌افزارهای تجاری متعددی هم بر پایه آن بسط یافته است، روش المان محدود است. در پژوهش حاضر تلاش گردیده است تا با استفاده از مدل-سازی لاستیک در یک نرم‌افزار المان محدود نحوه‌ی انتشار امواج فراصوتی طولی در آمیزه‌های لاستیکی مورد بررسی قرار گیرد. با تعریف لاستیک به عنوان یک ماده‌ی ابرکشسان و استفاده از مدل آرودا-بویس، آمیزه‌ی لاستیکی به نرم‌افزار المان محدود معرفی گردید و انتشار امواج فراصوتی طولی از دو منظر کیفی و کمی مورد ارزیابی قرار گرفت. به منظور ارزیابی کمی آمیزه‌ی لاستیکی ساخته شد و سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی در آن اندازه‌گیری گردید. مقایسه سرعت انتشار امواج فراصوتی طولی بدست آمده از مدل المان محدود و داده‌های تجربی نشان می‌دهد که مدل آرودا-بویس از دقت بالایی در تخمین سرعت برخوردار است. شبیه‌سازی المان محدود پیشنهاد شده با توجه به دقت نتایج، روشی بسیار مناسب برای تفسیر و ارزیابی مسائل پیچیده مرتبط با انتشار امواج فراصوتی طولی در مواد لاستیکی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Vayron R., Nguyen V., Bosc R.,Naili S., Haïat G., Finite element simulation of ultrasonic wave propagationin a dental implant for biomechanical stability assessment, Biomech Model Mechanobiol, Vol. 14, No 5, pp 1021–1032, 2015.
 [2] Marković N., Stojić D., Cvetković R.,Radojičić V., Conić S., Numerical modeling of ultrasonic wave propagation – by using of explicit FEM in ABAQUS, Architecture and Civil Engineering, Vol. 16, No 1, pp. 135-147, 2018.
[3] Zelenyak A.M., Schorer N., Sause M.G.R., Modeling of ultrasonic wave propagation in composite laminates with realistic discontinuity representation, Ultrasonic, Vol. 83, pp. 103-113, 2018.
[4] Khorasani S., Honarvar F., Modeling of ultrasonic testing Time of Flight Diffraction (ToFD) technique by Finite Element Method, Modeling in Engineering, Vol. 13, No. 41, pp. 13-26, 2015. (in Persian (
[5] Hall B., John V., Nondestructive testing. London: Macmillan Education. pp. 63-95 ,1988.
[6] Morman K.N.. Pan T.Y., Application of Finite-Element Analysis in the Design of Automotive Elastomeric Components, Rubber Chemistry and Technology, Vol. 61, No. 3, pp. 503-533, 1988.
[7] Nicholson D.W., Nelson W.N., Finite Element Analysis in Design with Rubber, Rubber Chemistry and Technology, Vol. 63, No. 3, pp. 368-406, 1990.
[8] Nicholson D.W., Nelson W.N., Farinella A., Finite Element Analysis of Hyperelastic Components, Applied Mechanics Reviews, Vol. 51, No. 5, pp. 303-320, 1998.
[9] Muhr A.H., Modeling the Stress-Strain Behavior of Rubber, Rubber Chemistry and Technology, Vol. 78, No. 3, pp. 391-425, 2005.
[10] Mansouri M.R., Darijani H., Constitutive Modeling of Isotropic Hyperelastic Materials in an Exponential Framework using a Self-Contained Approach, Solids and Structures, Vol. 51, No. 25, pp. 4316-4326, 2014.
[11] Jekel C.F., Venter G., Venter M.P., Obtaining a hyperelastic non-linear orthotropic material model via inverse bubble inflation analysis, Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 54, No. 4, pp. 927–935, 2016.
[12] Rivlin R. S., Large Elastic Deformation of Isotropic Materials. I. Fundamental Concepts, Phil. Trans. Royal Soc. A, Vol. 240, pp. 379-397, 1948.
[13] Rivlin R. S.,  Saunders D. W., Large elastic deformations of isotropic materials VII. Experiments on the deformation of rubber, Phil. Trans. Royal Soc. A, Vol. 243, pp. 251-288, 1951.
[14] Bracq A., Haugou G., Bourel B., Marechal C., Lauro F., Roth S., Mauzac O., On the modeling of a visco-hyperelastic polymer gel under blunt ballistic impacts, Impact Engineering, Vol. 118, pp. 78–90, 2018.
[15]  Fontenier B., Hault-Dubrulle A., Drazetic P., Fontaine C., Naceur H., On the mechanical characterization and modeling of polymer gel brain substitute under dynamic rotational loading, Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 63, pp. 44–55, 2016.
[16] Yeoh O. H., Some Forms of the Strain Energy Function for Rubber, Rubber Chemistry and Technology, Vol. 66, No. 5, pp. 754-771, 1993.
[17] Ritto T.G., Nunes L.C.S., Bayesian model selection of hyperelastic models for simple and pure shear at large deformations, Computers and Structures, Vol. 156, pp. 101-109, 2015.
[18] Gajewskia M., Szczerbab R., Jemiołoa S., Modelling of elastomeric bearings with application of Yeoh hyperelastic material model, Procedia Engineering, Vol. 111, pp. 220-227, 2015.
[19] Ogden R. W., Large Deformation Isotropic Elasticity on the Correlation of Theory and Experiment for Incompressible Rubberlike Solids, Proc. Royal Soc. A, Vol. 326, pp. 565-584, 1972.
[20] Moerman K.M., Simms C. K., Nagel T., Control of Tension Compression Asymmetry in Ogden Hyperelasticity with Application to Soft Tissue Modelling, Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 56, pp. 218-228, 2015.
[21] Ehret A.E., On a molecular statistical basis for Ogden’s model of rubber elasticity, Mechanics and Physics of Solids, Vol. 78, pp. 249-268, 2015.
[22] Arruda E.M., Boyce M.C.A., A three-dimensional constitutive model for the large stretch behavior of rubber elastic materials, Mechanics and Physics of Solids, Vol. 41, No 2, pp. 389-412, 1993.
[23] Shahzada M., Kamranb A., Siddiquia M. Z., Farhana M., Mechanical Characterization and FE Modelling of a Hyperelastic Material, Materials Research, Vol. 18, No 5, pp. 918-924, 2015.
[24] Chagnon G.,  Marckmann G.,  Verron E., A comparison of the Hart-Smith model with Arruda-Boyce and Gent formulations for rubber elasticity, Rubber Chemistry and Technology, Vol. 77, No 4, pp. 724-735, 2004.
[25] Daryabor P., Farzin M., Koohestani S., Modeling of nondestructive ultrasonic test of bonding between aluminum and composite using fem, Modeling in Engineering, Vol. 9, No 26, pp. 1-12, 2011. (in Persian